Изолированной нейтралью: что это такое и где она применяется

разновидности устройства, принцип действия, преимущества и недостатки

В настоящее время для безопасного энергообеспечения электрооборудования в основном используют глухое заземление. В то же время существуют устройства, которые эксплуатируются в трехпроводной сети с изолированной нейтралью. Сюда можно отнести передвижное оборудование, устройства для торфоразработок и другие механизмы, которые работают в сетях 380−660 В. Кроме того, такой вид защиты применяется в электрических магистралях напряжением от 2 до 35 кВ.

• Режимы работы нейтралей
• Описание изолированного устройства
• Принцип действия
• Достоинства и недостатки

Режимы работы нейтралей

Нейтраль электрооборудования представляет собой общую точку обмотки генератора или трансформатора, которая соединена звездой. Оттого, как связана нейтраль с землей, зависит уровень изоляции электрооборудования.

Кроме того, такая связь определяет выбор коммутационных устройств, значение перенапряжения и методы их устранений, величину токов при замыкании на землю одной фазы и т. д. От того, в каком режиме находится нейтраль, известны схемы четырех типов:

• с изолированными нейтралями;
• с резонансно-заземленными устройствами;
• с эффективно-заземленным оборудованием;
• с глухозаземленными нейтралями.

В настоящее время первые два вида используются в электрических сетях с напряжением от 3 до 35 кВ. Эффективное заземление чаще всего встречается в электроснабжении с напряжением выше 1 кВ и коэффициентом замыкания не более 1,4. Этот показатель означает разность между потенциалами фазы и земли в нормальном состоянии и при повреждении фазы.

Группа с глухозаземленной нейтралью относится к сетям с напряжением до 1 кВ.

Описание изолированного устройства

Такое устройство защиты представляет собой систему, когда нулевой провод генератора или трансформатора не соединяют с заземлителем. Соединение с глухим заземлением допускается через аппаратуру сигнализации, защиты и устройства измерения, которые обладают большим сопротивлением.

В этом случае изолированная нейтраль представляет собой трехфазную сеть, подключенную от электрического оборудования к заземлению через резисторы.

При этом параллельно подключают систему с конденсаторами. Такая схема подключения нейтрали имеет две составляющие:

• активную;
• реактивную.

Активная схема предназначена для препятствия току утечки с помощью резисторов, которые благодаря большому сопротивлению понижают его значение до минимального. Реактивная система обладает конденсаторами, в которых одна обкладка соединяется с линией, а вторая — с землей.

Принцип действия

В исправной трехфазной сети распределение нагрузки происходит равномерно. В случае пробоя любой фазы в схеме с изолированной нейтралью возникает замыкание на землю. Обычно происходит в этом случае пробой на корпус электрического потребителя.

Это могут быть как электрические двигатели, так и металлическое оборудование. Если отсутствует заземление, то на устройствах появляется напряжение. Такая ситуация очень опасна при прикосновении человека к корпусу конструкции.

Когда же в сети стоит изолированная нейтраль, то ток снизится до минимума и станет безопасным для работника. В настоящее время такая система защиты применяется:

1. В двухпроводных сетях постоянного тока.
2. В электрооборудовании, работающем в трехфазной сети напряжением до 1 кВ.
3. В схемах с низким напряжением, обладающих защитными устройствами.

Под защитными устройствами подразумевается использование разделяющих трансформаторов или применение дополнительной изоляции. Дело в том, что обычными предохранителями и автоматическими выключателями невозможно произвести отключение слишком малого тока.

Такое оборудование просто не рассчитано на такие значения. Поэтому и требуется дополнительное релейное оборудование, которое предупредит об аварийной ситуации.

Так как эти устройства сложные в управлении, то их обслуживание проводят только высококвалифицированные работники.

Достоинства и недостатки

Одним из важнейших преимуществ режима таких сетей является наличие небольшого тока при однофазных замыканиях на землю. Этот факт позволяет гораздо увеличить эксплуатацию автоматических выключателей. Дело в том, что замыкание на землю составляет на практике 90% от общего числа аварийных ситуаций.

Кроме того, наличие малого тока позволяет снизить требования к заземляющему оборудованию. Такой режим нейтрали обладает и массой недостатков. Например, однофазное замыкание на землю может вызвать феррорезонансные явления, которые зачастую приводят к выходу из строя электрооборудования.

Могут возникнуть дуговые перенапряжения, приводящие однофазное замыкание в двух- и трехфазное. Кроме того, конструкция защит от замыкания довольно сложная, что приводит к ее недостаточной работоспособности и эффективности. Бытует мнение, что при однофазном коротком замыкании возможна дальнейшая эксплуатация электрооборудования.

Но практика показывает, что практически сразу происходят двух- и трехфазное короткие замыкания, которые в итоге приводят к отключению электрооборудования. При падении провода у опор линий электропередач, когда сохраняется короткое замыкание, появляются опасные напряжения прикосновения. Большинство смертельных случаев происходят именно в таких ситуациях.

Поэтому для бесперебойной работы электроснабжения в сетях с изолированными нейтралями используют автоматические включения резервных питаний.

определение, схема, контроль изоляции в сетях

Электрическая сеть – совокупность электроустановок, обеспечивающих передачу тока. Работа сети во многом определяется режимом работы нейтралей генераторов или трансформаторов. Используется изолированная нейтраль либо замыкающая.

Содержание

1. Понятие изолированной нейтрали
2. Сети до 1 кВ
3. Сфера применения
4. Сети свыше 1 кВ
5. Сфера применения

Понятие изолированной нейтрали

Чаще всего потребитель сталкивается с заземляющей нейтралью. Она присоединяется к заземляющему контуру непосредственно или через аппарат с малым электрическим сопротивлением. Изолированная нейтраль – это нейтраль, которая не присоединена к заземлению либо же подключается через устройство с большим диэлектрическим сопротивлением.

Во время работы сети постоянно возникают утечки тока. Они становятся причиной 2 типов замыканий: на землю и на корпус. Первый вариант – это случайное соединение частей приборов, находящихся под напряжением, с частями, не изолированными от земли. Второй – контакт частей энергоустановки, находящихся под напряжением, с частями, не находящимися под напряжением в нормальном режиме.

• Если ток замыкания прибора на землю и корпус не превышает 500 А, он называется установкой с малыми токами замыкания на землю. С такими токами и работают линии с напряжением до 1 кВт и выше с изолированной нейтралью трансформатора или генератора. Чаще всего это 3-фазные системы с линейным напряжением в 220,380 и 660 В.
• Если ток замыкания на корпус или землю больше 500 А, это установка с большими токами замыкания. Такое оборудование работает с глухозаземленной нейтралью при напряжении 110 кВ и выше.

Режим работы нуля определяет уровень изоляции, величину напряжения и тока, условия включения и выключения защитного реле, выбор обслуживающей аппаратуры и прочее.

По уровню безопасности все установки разделяются на сети до 1000 В включительно и свыше 1000 В.

Сети до 1 кВ

Провод сети с изолированной нейтралью можно рассматривать как протяженный конденсатор. На воздушных контурах обкладками конденсатора выступают проводник и земля, а диэлектриком становится воздух. При укладке в землю обкладками являются жила и металлическая оболочка, а диэлектриком – изоляция. По отношению к земле провод обладает некоторым сопротивлением и некоторой электрической емкостью. Это означает, что при штатном режиме работы через землю и сопротивление изоляционной оболочки протекает ток утечки, а через конденсаторы – емкостные токи.

В исправной сети геометрическая сумма токов равна нулю. Сами токи невелики и на работу электроустановок влияния не оказывают.

• Если возникает замыкание одной из фаз на землю, последняя превращается в «поврежденную фазу», а между работающими фазами возникает линейное напряжение. Под его влиянием через места замыкания и землю протекают токи утечки и емкостные токи рабочих фаз. Величина тока замыкания увеличивается в 3 раза.
• Если замыкание не металлическое, в этом месте появляется перемежающаяся дуга. Она гаснет и загорается при силе от 5 до 10 А и часто приводит к глубокому пробою изоляции. А так как неметаллическое замыкание – это чаще всего контакт человека с корпусом прибора или проводом, это явление представляет еще большую опасность.

В сетях с изолированной нейтралью для уменьшения токов замыкания нейтрали заземляют через дугогасящие катушки. Но такой вариант неприменим в электроустановках, где требования к безопасности повышенные – в угольных шахтах, на торфоразработках.

Допускается работа электросетей с однофазным замыканием в течение не более 2 часов. Затем необходимо отключить источник питания и найти повреждение.

Сфера применения

Сеть с изолированной нейтралью применяется на участках, где требуется поддерживать высокую безопасность, но не останавливать работу при однофазном замыкании:

• шахты, рудники, карьеры;
• морские суда, газо- и нефтедобывающие платформы, где заземление невозможно;
• метро;
• цепи управления и освещения подъемных механизмов, например, кранов;
• дизельные, газовые, бензиновые генераторы, в том числе и бытовые.

Изолированную нейтраль допускается использовать, когда вторичные обмотки трансформатора соединены по схеме треугольника. Такое же решение используется при невозможности отключить электричество при аварии.

В режиме изолированной нейтрали исчезает необходимость отключать контур при однофазном замыкании на землю

Возможность передавать энергию по минимальному количеству проводов

Опасность использования при замыкании повышается

Усложняется обнаружение первичного короткого замыкания, так как при нем не возникает искр

Сети свыше 1 кВ

К сетям с напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью относят сети от 3 до 33 кВ. Однако в отличие от линий с напряжением до 1 кВ, здесь нельзя пренебрегать емкостной проводимостью фаз. При замыкании на землю емкостный ток неповрежденной фазы тоже увеличивается в 3 раза по сравнению с обычным током. Абсолютное значение не так уже велико. Например, при протяженности воздушной линии в 10 км и с напряжением в 10 кВ емкостный ток равен 0,3 А. Тем не менее такие сети оборудуются автоматическим контролем изоляции. Последний срабатывает при уменьшении сопротивления обмотки на фазе ниже установленной величины.

Чтобы предупредить появление перемежающиеся дуг, изолированная нейтраль трансформатора подключается через дугогасящий реактор.

Организация сетей с напряжением в 3–35 кВ с изолированной нейтралью обусловлена возможность продолжить работу электроприемников в течение 1–2 часов. Однако линии остаются опасными для человека.

Сфера применения

Сеть с напряжением до 33 кВ относится к линии средних напряжений. Она востребована:

• при обслуживании горных разработок, электровозов и троллейвозов;
• в подземно-промышленном транспорте;
• при обслуживании электролизных установок;
• ЛЭП со средним напряжением.

Практически все сети, обслуживающие районные города и поселки, относятся к средним.

Электролиния может работать до 2 часов в условиях замыкания на землю

На поврежденных участках возникает относительно небольшой ток

Электрооборудование в сети нужно изолировать

При длительном замыкании возрастает риск поражения человека током

При однофазном замыкании неадекватно работает реле защиты

Из-за возникновения дуговых напряжений ускоряется износ изоляции

На участках, где наблюдаются дуговые перенапряжения, возрастает риск пробоя

Сложно найти неисправности в контуре

Комплект изолированной нейтрали

для использования с 9701 и 4701

Основной контент начинается здесь

Milbank

MFR: Milbank

MFR #: K1047

UPC: 784572113237

Артикул #: 148096

Milbank

MFR #: K1047

UPC: 784572113237

Артикул #: 148096

Наличие

$84,95

$66,33
каждый

Руководства и документация

• Гарантия

Технические характеристики

Требования к электрической изоляции и нейтральному проводу

Спорная тема требований к изоляции и все вопросы, которые с этим связаны:

• Достаточно ли изолировать активные проводники только в системе переменного тока (AC)?
• Требуется ли изоляция нейтрали в однофазных или трехфазных системах переменного тока?
• Вы должны изолировать и минус, и плюс в системе постоянного тока?

Независимо от того, в какой стране мы работаем, мы, как инженеры-электрики, должны серьезно относиться к этому вопросу. Ответ не прост: да или нет. Оценка должна проводиться в каждом конкретном случае. Я расскажу вам о ряде национальных и международных стандартов, чтобы прояснить этот вопрос. Надеюсь, это прольет свет на значение изоляции в нашей отрасли.

В этой статье я в основном сосредоточусь на роли нейтрального проводника в целях изоляции. В общем, целью «нейтрального» проводника является обеспечение обратного пути для несимметричной части тока цепи, а также, в некоторых случаях, система защитного заземления.

Система переменного тока

Чтобы изолировать устройство/установку, как указано в Австралийском стандарте (AS3000) и IEC 60364, все активные проводники переменного тока должны иметь возможность изоляции.

Теперь вопрос такой: Что такое активный проводник?

Активный проводник определяется как «любой проводник, который поддерживается при разнице потенциалов с нейтральным или заземленным проводником. В системе, которая не включает нейтральный или заземленный проводник, все проводники должны считаться активными проводниками». Это совершенно ясно, но как насчет Нейтрального? Мы все видели, как нейтральное становится активным (образно говоря).

Теперь есть два сценария, один — вы не переключаете нейтраль во время изоляции, а другой — когда вы мая . Обратите внимание, что когда дело доходит до переключения, решение остается за вами в соответствии с конфигурацией вашей системы.

A) Без переключения нейтрали

1. Если провод питает сеть (распределительный трансформатор или аналогичный)
2. Если нейтраль действует как защитное заземление и нейтраль (PEN), некоторые из вас могут знать ее как TN-C. Это также относится к системе TN-C-S, где часть системы использует комбинированный PEN-проводник, который в какой-то момент разделится на отдельные линии PE и N. Эта система также известна как защитное множественное заземление (PME) в Великобритании и множественная заземленная нейтраль (MEN) в Австралии, см. рисунок ниже.

Одной из причин, по которой мы используем систему PME/MEN, является снижение риска поражения электрическим током в случае обрыва PEN-проводника. Глядя на левую схему, если ваше изолирующее устройство (например, CB) находится на красной линии, вы можете утверждать, что защитное заземление не прерывается во время изоляции, хотя вы изолировали нейтраль.

Таким образом, пока эта нейтраль заземлена в одной точке и используется в качестве защитного заземления на стороне нагрузки, нам не разрешается ее переключать.

B) Переключение нейтрали

Если вы не выполнили условия, описанные выше в разделе «А», вы можете теперь использовать свою нейтраль с учетом следующих факторов:

1. Если нейтральный проводник подключен к многополюсному переключателю/ выключатель вместе с другими активными проводниками. Этот выключатель должен иметь соответствующую отключающую и включающую способность при коротком замыкании. Все полюса соединены вместе в выключателе, где все активные и нейтральные проводники работают одновременно.
2. Если имеется несколько переключателей с одним нейтральным переключателем или нейтральный переключатель физически отделен от соответствующего активного переключателя. Вы можете управлять этим нейтральным выключателем до тех пор, пока нейтральный контакт не может оставаться разомкнутым, когда активные контакты замкнуты.

Вы можете управлять нейтральным полюсом, если нейтраль работает одновременно с другими соответствующими активными проводниками или если нейтральный полюс не размыкается до и не замыкается после активного полюса. Теперь вы можете начать понимать причины использования и отказа от использования Нейтрала.

Австралийский стандарт гласит: «Если элемент распределительного устройства требуется для отключения всех проводников цепи под напряжением, он должен быть такого типа, чтобы нейтральный проводник не мог быть отсоединен или повторно присоединен без отсоединения или повторного присоединения соответствующих активных проводников».

Плавающая нейтраль

Нейтраль должна быть заземлена только в одной точке, например MEN. Это создаст путь для тока, чтобы вернуться к работе через землю. В трехфазной системе заземленная нейтраль стабилизирует все три фазы. В случае обрыва земли будет присутствовать потенциал напряжения. Точно так же, если во время изоляции мы только разорвем нейтраль, у нас будет плавающая нейтраль . Во время этого процесса мы нарушаем текущий путь, который будет возвращаться из каждой фазы через нейтраль. В этом сценарии обычно ток возвращается через две другие фазы, что приводит к дисбалансу напряжения. Это когда вы увидите неожиданное высокое напряжение (~ 100 В в трехфазной системе 415 В) между землей и нейтралью, что довольно опасно и небезопасно.

Есть много причин для плавающей нейтрали, самая распространенная из них, я бы сказал, это проводка с общей нейтралью. Где электрик пытается сэкономить время и деньги. В настоящее время в зданиях большая часть электрооборудования нелинейна с определенным уровнем гармоник (цифровой мир!). Отсутствие выделенного нейтрального провода означает, что все эти токи будут складываться и возвращаться по одной линии. Линия с неадекватным номиналом приведет к перегреву и высокому напряжению между нейтралью и землей и, в конечном итоге, к ограничению напряжения питания.

См. пример ниже, чтобы прояснить ситуацию. Допустим, техник хочет выполнить техническое обслуживание нагрузки А, т. е. однофазного питания с нейтральным проводом и местным заземлением.

Техник изолирует завод А, размыкая выключатель А. Техник может быть поражен электрическим током через нейтральный проводник. Это может произойти из-за существующей разности потенциалов или неисправности на нагрузке B, которая создает разность потенциалов между распределительным щитом, нагрузкой A или нагрузкой B. Существует множество других сценариев, в которых существует уязвимость системы. Такие ситуации обычно случаются в местах со старой проводкой и плохой практикой, где электрик пытается сэкономить время и деньги!

По той же причине в нейтральный проводник нельзя вставлять плавкий предохранитель. Таким образом, в случае неисправности вы не потеряете нейтраль и сохраните непрерывность. Защитные устройства, выполняющие функцию переключения в нейтральном проводнике, должны соответствовать требованиям раздела B.

Как насчет безобрывного переключателя?

Переключение нейтрали «требуется» (в соответствии с такими кодами, как NEC и AS), если два источника заземлены независимо друг от друга, т. е. независимо производные системы. Это делается для того, чтобы избежать многократного заземления нейтрали и обеспечить надлежащее функционирование датчиков/защит по току замыкания на землю.

Как насчет дискаунтера переменного тока для фотоэлектрического инвертора?

В соответствии со стандартами BS 60947 и AS, для изоляции необходимо поменять местами все токоведущие и нейтральные проводники.

Система постоянного тока

Вообще говоря, и минус, и плюс в цепи постоянного тока должны быть изолированы. В следующих сценариях вы можете использовать только один полюс для изоляции:

• Система сверхнизкого напряжения постоянного тока
• Где один из полюсов соединен с землей. Например. некоторая система ИБП, заземленная отрицательная клемма постоянного тока в блоках батарей и средней точке цепочки фотоэлектрических модулей.
  
  Изолированной нейтралью: что это такое и где она применяется